Institut des
NanoSciences de Paris
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Soutenance de thèse

Propriétés thermo-mécaniques des micro-batteries

 

Feng XU

 

La miniaturisation des dispositifs électroniques a pour conséquence une forte demande de sources d’énergie miniaturisée. Les micro-batteries répondent exactement à cette demande. La micro-batterie que nous étudions avec l’empilement actif de Ti / a-Si / LiPON / TiOS (lithié) / Ti a été élaborée par le CEA-LITEN. Mon travail s’inscrit dans le projet STRESSBAT, soutenu par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR), dont le but est d’améliorer des performances électrochimiques et thermo-mécaniques de ce type de micro-batterie. Comme les propriétés thermomécaniques globales de la micro-batterie dépendent des caractéristiques de ses composants individuels, ma thèse s’organise principalement autour de la caractérisation mécanique et thermique de ceux-ci. Nous utilisons deux techniques de type pompe-sonde : l’acoustique picoseconde et la microscopie de thermo-réflectance. Concrètement, l’acoustique picoseconde nous permet de mesurer la vitesse des ondes longitudinales et des ondes de Rayleigh, et accessoirement la densité du matériau étudié. Ces données permettront de remonter à des paramètres tels que le module d’Young et le coefficient de Poisson. La microscopie de thermo-réflectance nous permet d’extraire conductivité et diffusivité thermiques par l’analyse théorique de la diffusion latérale de la chaleur. Le collecteur de courant Ti, l’électrolyte LiPON, les électrodes TiOS et a-Si ont été étudiés successivement par ces deux techniques. Nous avons aussi montré quelques comportements globaux des empilements quasi-complets de la micro-batterie, comme par exemple la présence négligeable de résistances thermiques d’interface pour l’empilement d’une batterie (démontré par la microscopie de thermo-réflectance), et le décollement de couches au sein de certains échantillons de LiPON et de TiOS (démontrés par l’acoustique picoseconde).